机床生产率设计论文

机床生产率设计论文（共7篇）

机床生产率设计论文 篇1

针对机械制造来说,金属性质的切削机床是非常实用的机械工具,其中工装夹具能有效提高机械的生产效率,适当降低生产成本,且能合理减轻劳动强度。所以,作为生产中最为重要的工艺装备,金属切削机床的实用性非常强,而在制造业中工装夹具也应用非常广泛,尤其在进行大量生产时,应用夹具十分必要。

1 夹具精度设计

在精度设计中,必须重视两个重要的条件:夹紧和定位。只有这样,才能保障工件的进度。

1.1 夹紧

在进行机械加工时,因为工件会受到惯性力以及切削力等作用的影响[1],所以要确保在此外力作用的影响下,其工件还要能确保家具中元件位置不出现改变与振动。因此,必须要将夹紧装置设置好,尤其当工件定位后,有效固定工件并在其加工中确保位置不变,这称之为夹紧装置[2]。在工件的夹紧过程中,夹紧效果能对工件的生产、表面粗糙度以及加工进度有一定的影响。所以,在对夹紧装置进行设计时,必须要做到几点原则,分别是工件不移动、不变形、不振动、安全可靠、经济使用等。只要遵循这些原则所设计的夹紧装置,才能有更大的实用性。

1.2 定位

夹具设计中,最为重要的设计内容是做好工件定位工作,以保障加工精度。首先,必须要使定位的元件、方法以及基准等的选择正确,同时要对误差进行相应分析。如果夹具被反复使用过,其元件的耐磨性以及强度也要注意,要最大程度使夹具满足工件中所有对加工精度的要求。

一般来说,在夹具设计中非常重要的任务就是工件定位,而工件定位主要是让工件在夹具的放置中能做到同一个位置。如果工件未有效定位,其位置自然也无法确定。其中,必须要有效设置6个约束,将6个运动中的自由度很好地进行约束,即6点定位的原理。工件中的自由度均有效被约束[3],那么工件中的位置自然也能确定好。不过,在对工件进行定位时,还需要对其进行认真地分析。进行定位分析时,如何正确选择定位基准是一个非常重要的问题。如果能够较好地选择定位基准,那么定位方案将很好确定,而定位方案的合理性对工件加工的精度有较大的影响。所以,在进行工件定位时,表面能将定位中基准线的所有线与定位很好体现,即定位基面的意义。

2 结构设计

在进行结构设计的时候,夹具的重复使用以及长期设计中,有几点细节需要引起重视。特别是在实际的生产中,能做好以下几点,可以最大程度地提高劳动效率,节约生产成本。

2.1 耐用性

即使夹紧部件一样,若设计的结构不一样,那么使用寿命自然也不相同。比如,两侧的压板受力处都属于两侧受力[4],其中间的开口压板刚性明显更好,也更加耐用,在一定程度上还可有效节省成本。再如,在中间开口以及侧开口的机床压板中,即使其工作中受力的方位以及大小一样,然而因为结构不一样,所以受力作用点也是不一样的。如果其压板受力的地方在开门口一侧,那么就属于单边的受力。因此,在相同的性能要求得以完成的时候,需要多选择一些耐用性强的结构。

2.2 统一性

夹具如果非常复杂,其中必然会有调节与辅助支撑以及多处的压紧等元件进行设置。比如,螺栓和螺母都是应用螺旋来压紧。因为受很多因素的影响,包括夹紧力度、空间大小等,针对不同部位,螺纹的选择自然也不一样。如果依照理论设计元件外形,其操作部分也不一样。外齿尺寸不相同,使用者就需要应用完整的工具进行操作。对加工来说,这不仅会有很大不便,而且其效率也会相对降低。比如,在设计需要长期应用的工装夹具时,针对不一样;螺纹要应用外形尺寸相同的螺母以及螺栓,那么在其使用中只要有一样工具,就可以有效调节以及夹紧绝大部分的夹具,以有效减少因为加工形成的辅佐时间,相应提高生产效率。

2.3 注重定位元件

在进行镗床以及铣床夹具设计时,其结构较为复杂时必须引起注意。如果夹具元件以及加工部位无法进行加工,需要将定位以及找正等基准面设计留下来。在工装夹具的设计中,该细节往往被忽略,一定程度上给现场的生产带来不便。

3 结束语

综上所述,夹具设计在机械制造业中有非常重要的应用意义,所以在进行工装夹具的设计工作时,(下转第78页)(上接第76页)需要对细节引起重视,针对每一件事都能得到相应的改进以及有效的总结,只有这样才能使机械制造业不断发展,有效提高生产效率,大幅度降低成产成本,设计出与生产现场更为贴近的工装夹具。

摘要：随着我国社会经济的不断发展,机械制造业的发展也越来越快。现阶段,在机械制造业中,机床的应用非常广泛,同时也在一定程度上促进了机械制造业的不断进步。本文将重点对机床中夹具的设计原理、方法以及应用进行详细分析与探讨。

关键词：生产,机床,工装,夹具设计

参考文献

[1]刘曙光.一种简单可靠的数控加工工装夹具设计[J].科技创新导报,2014,12(16):219.

[2]谢冬,王晓霞.浅谈实际生产中机床工装夹具设计[J].世界家苑,2012,03(11):266-267.

[3]张国政,徐小飞,刘顺,等.面向数控加工的一体多件装夹夹具设计[J].安阳工学院学报,2014,13(4):14-16.

[4]李虎强.S7520螺纹磨床加工直齿小模数齿条工装夹具设计及应用[J].制造技术与机床,2012,56(8):96-97.

机床生产率设计论文 篇2

随着制造业自动化发展的要求, 数控机床与工业机器人组合形成自动化系统的需求越来越多。工业机器人的应用集中于手爪设计、示教程序的编制以及与外围设备的输入/输出接线或通信连接, 一般无须修改机器人控制软件。相比较而言, 数控机床需要进行自动化改造设计, 增加液压夹具、自动门等控制功能, 同时还应能够接受上位控制系统 (PLC控制器或工业控制计算机IPC等) 的调度指令, 实时反馈机床运行信息等, 因此需要进行机床PMC程序设计与调试。文中以配置FANUC 0i D数控系统的车床、加工中心为例, 给出了一种通过修改机床PMC程序, 以数控编程方式“读/写”用户宏程序变量, 最终实现机床自动化改造的方法。

1 系统开发

1.1 技术路线

系统由两台数控加工设备与一台工业机器人以及物料输送装置等组成。机器人位于两台机床中间, 其作用是通过接收PLC控制器的信号, 实现从上料到加工完成所有工序的自动搬运功能。机器人不直接与机床通信, 它接受PLC的控制指令, 并反馈运行的状态。传统的模式都是采用PLC为调度控制器, 数控机床与机器人一样接受控制指令, 包括:开门、关门, 松/紧夹具等, 并实时地将运行状态信息:门开、门关, 夹具松/紧等反馈至控制PLC。

基于控制可靠性、运行安全性等方面考虑, 本系统采用了一种新的调度模式, 机床的运行由数控加工程序控制, 按程序执行的顺序控制门开/关, 调度机器人上/下料, 控制工件的顶/松, 以及夹具夹紧等动作, 而机器人的示教程序, 主要完成工件的抓取、移位以及夹具的松开控制等。以加工中心为例, 其控制时序如图1所示。

为了实现机床自动化改造中所要求的基本动作, 包括自动门开/关, 卡盘松/紧, 工件顶/松, 夹具松/紧等, 需分为手动、自动控制两种情形修改机床PMC程序。手动控制时, 由操作人员通过机床组合按键, 例如JOG模式下, 同时按下上、下方向键开门, 左、右方向键关门等。自动控制时, 即在AUTO模式下执行数控程序, 一方面可以通过读/写用户宏程序系统变量, 完成CNC与PMC的信息交互, 达到以数控编程方式实现机床基本动作控制的目的。另外机器人在上/下料过程中, 也可发出松开夹具等指令, 说明系统具备由机器人控制器发送指令的功能。

1.2 设备改造

设备改造主要包括一台配置FANUC 0i mate TD系统的数控车床和一台配置FANUC 0i D系统的立式加工中心。车床改造增加了气动门;立加的改造除增加自动门外还有顶/松机构与夹紧机构。除门控制采用气动外, 其余均由液压驱动, 液压站系统的控制原理如图2所示。工件“顶/松”由两位电磁阀1控制, 断电时松开, 通电时顶紧。“夹紧/松开”由两位四通电磁阀2控制, 夹紧信号由压力继电器检测并输入机床PMC。顶松控制液压缸、卡盘控制液压缸以及门控制气缸均有到位检测信号, 作为机床侧PMC的输入信号。以加工中心改造为例, 输入/输出信号的定义如表1所示。

P M C程序设计可与外部输入/输出接线同步进行。车床出厂的PMC程序比较长, 自带的输入/输出点数几乎全部用完, 在改造过程中新增了一块I/O板, 型号为A20B-2002-0521 (不带手轮) , 有关I/O模块的扩展方法详见文献[1, 2]。模块连接需按照I/O LINK连接顺序要求, 将上一模块 (I/O板) 的JD1A口接至本模块的JD1B, 上电后板上的LED灯正常点亮。在PMC程序修改后机床运行时, 曾一度出现“ER03 PROGRAM SIZE ERROR (OPTION) ”报警, 主要在于车床配置了FANUC 0i mate TD系统, 其PMC型号为0i-D PMC/L, 修改后的梯形图程序超出了PMC规定的最大长度, 后经程序优化, 删除不必要的网络, 报警解除。加工中心的PMC型号为0i-D PMC, 梯形图程序长度容量大, 改造设计中没有出现类似的报警。

PMC程序设计时考虑到手动与自动两种控制方式的要求, 如图3所示, 自动运行时串接了F3.5 (MMEM) 的常开触点, 而手动运行时则串接了F3.5的常闭触点。

1.3 软件编程

以加工中心为例, 编写的数控程序包括主程序O100、用户宏程序O9020和加工子程序O1001, 其中O100编写较为简单, 程序结束用M99而非M30 (或M02) , 可以确保程序的循环执行, 如需停机调试, 应按下机床面板上的RESET (复位) 按键。用户宏程序O9020由M100指令调用, 用于实现机床基本动作的控制, 零件的加工则由子程序O1001完成。不难发现:上述程序功能的分离有利于系统开发过程中人员的分工与协作, 便于提高系统开发的效率。其中O100程序编写如下:

为了应用M100代码调用用户宏程序O9020, 必须在编程之前将数控系统6080号参数设为100, 有关数控参数的设置方法详见文献[3]。自动模式下机床基本动作的实现由O9020宏程序读/写系统变量完成, 代码如下:

以“开门”控制为例, 梯形图程序如图3所示。O9020用户宏程序中先将系统变量#1108置‘1’, 而#1108变量对应于CNC输出至PMC的接口信号F55.0[4], 接着在PMC程序中读取该信号以控制机床开门, 机床门开到位 (X7.0) 后, 门开信号作为机床侧信号输入至PMC, 经处理后驱动G55.0信号, 而G55.0状态对应于系统宏变量#1008的值, 因此可在宏程序中调用语句IF[#1008 NE 1]GOTO 2来判断门是否打开, 若门开则继续执行下段程序, 否则处于等待状态。其他动作的控制与“开门”动作类似, 不再赘述。

机器人上/下料有一固定位置, 为了安全起见, 先调用G90G53G01Z0F50, 回Z轴零点, 接着调用G90G53G01X-333.624Y32.794A324.720F50, 回机器人上下料位置。

机器人上/下料过程中需要具备松开夹具功能, 该指令由机器人控制器发送至西门子PLC, 然后由西门子PLC输出至机床侧 (X10.4) , PMC程序设计如下:

自动模式下时, F3.5常开触点闭合, X10.4接通后, 输出驱动Y6.4线圈并保持, 电磁阀2 (如图2所示) 松夹具电磁铁得电, 经4号固定定时器 (TMRB) 延时5秒后置位Y7.4, 输出夹具处于松开状态信息。

2 结束语

文中介绍的方法已成功实施于无锡职院智能工厂自动生产线、上海高级技工学校自动生产线。实践表明:通过修改机床PMC程序, 辅以数控编程的方法进行自动线上数控机床改造设计具有开发周期短、开发成本低, 便于现场人员的分工协作与调试等优点, 因此具有较高的推广应用价值。

摘要：随着制造业自动化的快速发展, 数控机床在自动生产线上的应用越来越多。根据自动生产线控制要求需要进行数控机床改造设计。文中以配置FANUC 0i D系统的数控机床为例, 给出了一种通过修改机床PMC程序, 并以数控编程方式“读/写”用户宏程序变量的方法, 最终成功实现了机床联机自动化控制。

关键词：数控机床,机床可编程控制器,宏程序

参考文献

[1]BEIJING-FANUC PMC梯形图语言编程说明书[Z].BEIJING-FANUC, 2003:316-318.

[2]FANUC Series 0i-MODEL D/0i Mate-MODEL D维修说明书[Z].BEIJING-FANUC, 2008:227-228.

[3]FANUC Series 0i-MODEL D/0i Mate-MODEL D参数说明书[Z].BEIJING-FANUC, 2008:2-3.

机床生产率设计论文 篇3

日前, 云南玉溪研和工业园与广州诺信数字测控设备有限公司举行了云南玉溪数控加工中心万台数控机床生产项目合作协议签字仪式。该项目的签订标志着玉溪以机床为主的装备制造业雏形基本形成, 并将会带动铸造业等相关产业发展。

据介绍, 该项目分三期实施, 一期工程计划投资4500万元, 在明年3月前建成年产2000台数控机床生产线, 实现销售收入4亿元;2015年三期工程完成后, 将形成年产1万台数控机床的生产能力, 实现销售收入达20亿元。

矿电产业是玉溪市继烟草产业之后正在着力打造的另一重要支柱性产业, 数控技术已经成为矿电产业的“心脏”, 发展壮大矿电产业的关键是技术和人才的注入。玉溪市领导诚挚地提出希望广州诺信公司能把研发中心落户玉溪。同时, 玉溪市政府对装备制造业发展充满信心, 表示必将大力推动该项目的建设。

数控机床的生产现场管理及维护 篇4

一、搞好数控机床生产现场管理的意义

数控机床如果在稳定性、可靠性或准确性方面出现问题,排除故障的过程一般不太容易。特别是传统的“事后维修”方式,以及较为落后的数控维修技术及方法,很容易对数控机床造成隐蔽的后遗性损害,会大大降低平均无故障工作时间。因此,加强数控机床的生产现场日常管理和维护工作,改变操作者及维修人员的观念,提高他们的素质与技能,不仅有助于发挥数控机床的最佳性能,提高使用效率,更能有效地防止隐蔽性故障的发生和扩大,延迟故障的发生周期。确保数控机床在使用与维护过程中的完整性、洁净性、灵活性和安全性等基本要求,并根据这些要求进行有针对性地日常管理与维护,就一定能确保数控机床正常与稳定运行。

二、TPM在数控机床生产现场管理中的效用

全员生产维修是日本在上世纪70年代提出的,是一种全员参与的生产设备维修方式,其要点就是“生产维修”及“全员参与”。通过建立一个全员参与的生产设备维护活动,使设备性能达到最优。全员生产维修首先要求员工在观念上的转变,例如,老观念是:我操作,你修理;我修理,你设计;我设计,你操作。而TPM观念是:每个人都要对设备负责。

TPM的重点是要求“全员参与”,尤其是一线操作者的积极参与,是极为重要的一环。欧洲在对100个公司发生的近千种生产设备故障模式分析后得出,设备的隐蔽性故障约占40%,对这些故障除了采取相应的维修方式外,操作者在操作过程中的及时感知发现尤为重要。要做到这些,既需要操作者对所操作机床的了解,更需要有较高的职业素养,以及对企业高度负责的主人翁精神。这也是TPM要求将操作者当作设备维修中一项要素的主要原因。那种“我只负责操作”的观念,已远不适宜新形势需要了。而例行的日常维修核查、少量的调整作业与润滑,以及个别部件的更换等,都已成为操作者必须完成的工作。TPM对于数控机床来说,尤其是进口的高精数控机床,在生产现场管理中的实际作用和意义都十分巨大。特别是一些中小企业,因配备的数控机床维修人员不足,相关知识面较窄或维修技能较低,鼓励操作者的积极参与就显得尤为重要。他们的维护技能不仅得到了提高,维护工作更加到位,也使数控机床的使用性能达到了最优。消除或延迟了部分隐蔽性故障的发生,真正体现了“维护就是投资”的理念。

例如,公司一台STC34150B数控管螺纹车床,规定其各轴空运转最大载荷不得超过28%。但在使用一段时间后,因润滑不良(如油管堵塞)引起过载,或由于磨损引起间隙过大等。这就需要操作者在日常操作中及时感知发现。如通过耳听主轴及其他各轴,判断在运行中有无异响;手感伺服电机有无过热;眼看各油标有无过低或油质是否浑浊等,从而确定是否需要进行维护。再辅以调出指令查看和进行重复定位精度检测,既可准确地测出误差范围,又可采取相应手段避免故障的发生。

三、在生产现场管理中的内容与指标

1. 具体内容

(1)生产现场6S管理。由于数控机床对工作环境的特殊要求,做好生产现场的6S管理工作,对保证数控机床的良好使用,保护各配套设施及元器件等作用重大。但需要企业领导的高度重视,以及管理与使用部门间的积极配合。不仅要制定出详细、具有可操作性的生产现场管理工作规程,还应落实到具体的人员和岗位。

(2)针对各数控机床的使用特点,需制定出详细的使用与安全操作规程,以及维护、保养、维修和润滑管理制度,并建立好完整的使用、保养与维修档案。尤其是新引进的数控机床,设备管理员不仅要加强学习和做好前期管理,如与生产厂家进行多方面沟通与了解,使各规程、制度、档案做到内容详细,重点突出和易于操作。还必须加强在生产现场的巡检,通过不定期地对操作者进行培训、学习和考核,以确保各项工作的执行与到位。

(3)针对各数控机床的故障频发点,应有针对性地做好点检及状态监测等工作。这是预防数控机床潜在故障的重要内容,主要由设备管理员和操作者协作完成,应达到针对性强和起到以点带面的作用。

(4)做好保养内容及时间记录工作,主要包括:故障时间、维修用时、原因分析、更换零部件记录等。工作重点应放在原因分析及零部件的更换上,尤其是相同故障频发的问题,必须找出产生的根源,采取能根除的维修方式。对于易损坏的零部件,需及时进行确认及储备,要能最大限度地缩短待维修的时间。

(5)加强相关人员的培训。通过学习先进的操作、维护和维修方面的知识与技能,来不断提高操作者自主维修的能力与意识。培养操作者自觉参与维修工作的意识,不仅能提高他们处理一般故障的能力,还可实现机床易发故障的预防性维护与管理,避免发生非正常停机损失、操作损失、质量缺陷损失、生产安排损失和人工缺陷损失。

2. 实际指标

机床可运转率反映的是机床动态的技术状况,是机床扣除故障及日常维护等自身因素所占用的停机台时外,机床可用于实际生产的时间与制度工作时间的百分比。其公式为:

式中S———机床可运转率

Z———机床制度工作时间(制度运行天数×日制度工作时间)

G———机床故障停机时间

W——机床维护时间

上式中,制度运行天数可按1月计算,机床故障停机时间与维护时间以实际记录的内容为准,即可得出该数控机床当月的实际可运转率。因为该数值是动态指标,是根据几个月内得出的实际数值,以及各故障的发生位置、频率等,需要对维护时间、重点维护内容等再进行适当调整。因数控机床的使用质量特点,该指标较适合在故障高发期采用,即正常运转5年以后。但需要明确的是,对重点维护内容的调整,必须做到准确可靠、易操作,并与原维护内容相匹配。

四、数控机床的预防性维护

1. 数控机床的预防性维护与生产现场管理的关系

数控机床的预防性维护,既是数控机床的一种可靠性维修方式,也是生产现场管理中的一项重要内容。其中,许多的工作都是在日常生产过程中完成的,二者为相互关联与互补的关系。不同点主要表现在以下方面。

(1)实际工作人员的不同。数控机床的生产现场管理以操作者及设备管理员为主,而预防性维护则以专业维修人员为主,操作者辅助。维修人员因专业面广、技能高,具有针对性强的特点,更容易确定数控机床的预防性维护点及维护内容,而使维护效果更为明显。操作者是根据机床日常使用的实际情况,及时反馈相关信息和积极参与其中,以利于提高维护技能和确保工作到位。

(2)着重点不同。预防性维护重点是机床的精度、故障高发点、易损件、重要部位等,通过以点代面提高并保持数控机床的加工性能。根据机床的使用时期和实际情况及时进行调整,具有专业性及目标性强的特点。预防性维护工作虽然同生产现场管理一样,贯穿于数控机床从生产到报废的全过程,但更着重于前期管理、精度检测、故障高发期等方面。如数控机床的前期管理工作,是常被一些企业忽视的主要问题。尤其在购买一些特型、定制、高精或初次购买的数控机床时,更应加强前期管理工作。企业应对维护、维修资料,以及备件市场、售后服务、维修技术能力等进行充分调研后,再做确定。机床在生产过程中出现问题时,应及时寻找解决方法。加大相关人员培训与机床预验收工作力度,做好与预防性维护工作有关的资料收集,要确保内容详细和易于操作学习,必要时亦可请专业机构代为实施。

2. 数控机床的精度检测

加工精度是衡量数控机床的一项重要指标,精度检测同样是数控机床生产现场管理的一项重要内容。加强对数控机床精度检测,既能及时发现潜在故障,又能有针对性地进行预防性维护。例如,在做数控机床的重复定位精度检测时,可发现各滚珠丝杠的磨损间隙问题,通过及时进行调整或更换,可以提高设备加工精度和预防故障发生。需要操作者及时反馈机床的加工精度,管理员定期进行巡检与记录,根据情况及时制定检测的内容及方式。

做好数控机床的生产现场管理工作,加大预防性维护工作力度,对提高数控机床运转率、延长使用年限和减少维修成本,都可起到非常积极的作用。实践证明,企业如果能够长期跟踪、学习和借鉴国内外先进的设备管理与维护技术经验,再结合设备的实际运行状况,制定出切实可行的管理、维护策略,就一定会实现“维护就是投资收益”的目标。

摘要：分析数控机床生产现场管理的意义、具体内容、先进方法及实际指标,论述实施预防性维护的内容与措施。

机床生产率设计论文 篇5

总的来说, 对托辊心轴生产线中钻铣组合机床的设计、改造具有较高的理论价值和社会实用价值。值得我们进行深入的研究。

钻铣组合机床是一种专用高效自动化技术装备, 是目前国内专门加工托辊心轴采用的机床.此机床具有一次装卡多部位加工的特点, 即提高了零件加工的精度又可以提高工作效率.而托辊心轴是带式输送机的最重要机件之一, 其结构参数和加工工艺水平在很大程度上影响着整机的可靠性与寿命.当然托辊轴的加工有很多种方式, 但形状位置精度都很难保证, 而钻铣加工组合机床既能保证几个精度的要求, 又能保证精度的要求。它仍是大批量机械产品实现高效、高质量和经济性生产的关键装备。本课题就是在这种情况下提出的。

钻铣组合机床的一些重大技术问题经过从50年代到80年代的不断研究取得了不少成就, 但不少问题由于专用性较强, 比较特殊, 进行研究比较困难, 研究经费又关系到经济效益问题, 所以不少问题未能深入开展研究。现在组合机床的设计或多或少地还只是依靠经验, 未能完全建立在科学基础之上。

组合机床及自动线的科研主要是围绕高效和柔性两个方面;

(1) 部件的快速运动性能, 主要研制主轴速度在10000 r/min以上的主轴部件, 电动机和主轴合为一体的电主轴部件, 快进速度15m/min以上的动力滑台, 输送速度60m/min以上的输送部件等。 (2) 机床刚性包括提高刀具、刀杆与机床主轴的连接刚性, 降低和控制镗孔时的震动和颤动。 (3) 刀具的冷却包括用气流冷却、用冷气喷射冷却及其他方式的冷却。 (4) 从结构和控制系统入手, 减少故障出现、缩短故障和消除故障的时间, 提高自动线的开动率。 (5) 由6～8个数控轴的加工模块, 主轴转速在15000r/min以上。 (6) 用机器人传送工件, 并能向立体仓库存取零件、自动监测尺寸及自动更新手爪等技术。 (7) 自动更换主轴箱, 甚至自动更换床身等支撑部件的技术和装置。

另外从结构和控制系统入手, 减少故障出现、缩短故障和消除故障的时间, 提高生产率率。利用国内的测量方法, 从组合机床精度测量和误差补偿技术, 位置精度检测和提高加工精度等几大方面进行阐述, 并进行组合机床的误差分析。

对组合机床进行总体方案设计, 对其加工方法进行研究, 制订加工路线, 拟定加工程序, 并对加工结果进行可行性验证。

组合机床各个部件的选择。通过平衡生产线可以达到以下几个目的: (1) 、提高作业员及设备工装的工作效率; (2) 、减少单件产品的工时消耗, 降低成本 (等同于提高人均产量) ; (3) 、减少工序的在制品, 真正实现“一个流”; (4) 、在平衡的生产线基础上实现单元生产, 提高生产应变能力, 对应市场变化, 实现柔性生产系统; (5) 、通过平衡生产线可以综合应用到程序分析、动作分析、规划 (Layout) 分析、搬运分析、时间分析等全部IE手法, 提高全员综合素质。

参考文献

[1]李长胜, 李振强.新型无心轴托辊的旋压工艺[J].煤矿机械, 2003年第11期.

[2]于涛, 范云霄.数字控制技术与数控机床[M].北京:中国计量出版社.2004年11月.

[3]谢家瀛.组合机床设计简明手册[J].机械工业出版社, 1994.2.

机床夹具设计方法 篇6

夹具是连接机床与工件的机械装置, 其功能是定位与夹紧工件, 使工件相对机床有正确的位置和良好的连接刚性, 进而能够优质高效地完成工件的切削加工, 达到设计要求的尺寸精度、形位精度、表面质量等。机床夹具主要由夹具主体、定位元件、夹紧装置、对刀元件、导引元件等组成。

2 夹具总体设计

2.1 确定工艺路线, 注意各工序节拍平衡, 使夹具规划与

生产匹配

工艺路线决定各工序加工内容, 进而决定各工序夹具形式。同时, 夹具设计时也要考虑各工序节拍平衡, 保证生产流畅, 加工节拍短的工序可以考虑一次装夹多件工件, 以达到延长加工时间、平衡加工节拍的目的。

2.2 确定各工序定位和夹紧方式

粗加工基准只使用一次, 在首序加工时, 加工出后续工序的精基准, 并尽量使后续工序基准统一。

2.3 确定机床各轴行程及机械尺寸, 保证无干涉无超程

等问题

夹具体或夹具零件, 以及工件非加工部位可以超出机床行程, 但须保证在运动过程中无干涉, 否则将使工件或夹具与机床碰撞, 造成损坏。同时, 我们在布置工件时, 应尽量将加工部位避开机床行程极限, 一方面, 机床在行程极限时各轴定位精度有所下降, 另一方面, 某些机床在行程极限时刚性不足, 易造成振刀等问题。笔者曾设计过一套卧式加工中心夹具, 该机床Y轴行程730mm, 工件Y轴方向最高加工部位为700mm, 在工件Y轴方向400mm以上加工时, 就出现严重振刀, 铣面时产生很严重的振纹, 孔加工也由于振刀使孔径偏大超差。

2.4 确定机床工作台载荷, 夹具装夹上工件毛坯后, 其总

重量应小于机床额定载荷

机床切削力与机床载荷受力方向相同时, 其切削力也将成为机床载荷的一部分, 故根据切削力大小不同, 夹具总重量应留有一定安全系数。比如立式加工中心, 其钻孔时切削力全部成为机床工作台载荷的一部分, 那么设计夹具时就应将夹具和工件总重量留有一定安全量。

2.5 保证夹具体具有足够的刚性, 较大型夹具主体可采

用整体铸造形式

对于精密夹具, 其夹具主体如采用铸造件或焊接件, 应经过时效处理, 使其释放残余应力, 减小夹具后期变形, 以防止产生定位精度误差。

2.6 保证工件具有一定的刚性

使工件既不会因为装夹过远造成工件颤振, 也不会因为装夹太近造成加工干涉。同时, 工件装夹受力点应避开工件薄弱部位, 比如需精密加工的内孔正对外表面等。

2.7 夹具基准应尽量统一

夹具基准主要有夹具调校基准、对刀基准、工件测量基准。夹具调校基准是夹具安装时, 其自身相对机床的调校基准, 对刀基准是工件加工时用于确定刀具相对工件位置的基准, 测量基准是工件加工后部分需在线检测的检测基准。以上基准应尽量统一。

2.8 部分夹具应设计防错装置

对于工件具有对称性, 或用于加工系列类似工件的夹具, 应设计防错装置, 以防止工件装夹错误。

3 定位设计

3.1 定位原理

根据理论力学原理, 我们知道刚体在空间具有六个自由度, 定位的原理就是要限制工件的六个自由度, 使其在空间具有确定的几何位置。根据限制自由度的不同, 工件定位存在以下几种情况:

(1) 完全定位。即工件六个自由度刚好被限制, 工件在夹具上占有完全确定的唯一位置, 此种定位方式是夹具设计的理想方式, 也是我们在设计夹具时应努力追求达到的一种状态。

(2) 不完全定位。即工件未完全限制六个自由度, 但是已满足加工要求。例如, 夹具限制了工件五个自由度, 而剩余一个未限制自由度由于不是受力方向, 不会造成工件移位和晃动, 此种情况即为不完全定位, 是夹具设计的次理想状态。

(3) 欠定位。即工件工序加工要求应该限制的几个自由度未得以限制, 此种情况称为欠定位。欠定位可能造成工件加工过程中的移位、崩刀、工件与机床碰撞等严重事故, 是夹具设计的严重失误。

(4) 过定位。部分自由度被重复限制的现象称为过定位。过定位也会造成工件位置的不确定, 可能造成工件加工误差, 但其危害应比欠定位小。

3.2 夹具本身的定位

夹具是连接机床与工件的机械装置, 我们设计夹具的目的, 是使工件相对机床具有确定的几何位置, 而工件的几何位置, 是通过夹具传递到机床上, 所以夹具本身相对机床的定位与工件相对夹具的定位一样重要, 任何一个定位误差, 都将造成工件几何位置的误差, 并最终造成加工质量偏差。不同机床具有不同定位方式, 立式加工中心工作台多采用T型槽定位, 中间一条T型槽是定位槽, 精度较高, 其余槽是夹具夹紧槽, 不具备定位精度;卧式加工中心多采用工作台中心芯轴定位 (也有采用T型槽定位的) , 车床主轴则是以主轴外圆定位, 我们应根据不同机床确定夹具的定位方式。同时, 夹具自身定位基准, 应与本文2.7节所阐述的基准具有确定的几何关系 (平行、垂直或一定的角度等) , 从而达到工件定位准确传递到机床的目的。

3.3 工件在夹具上的定位

根据不同工件, 选用不同定位方式, 箱体类、液压阀体、壳体类零件, 多采用“一面两销”定位方式, 轴类零件则采用外圆定位。

3.4 定位元件的要求

(1) 具有一定的强度和刚性。某些时候, 定位元件要承受工件重力或切削力, 如刚性和强度不足, 久而久之可能造成定位元件的变形甚至损坏。

(2) 具有较高耐磨性。由于工件的拆装, 定位元件经常与工件产生摩擦, 必须具有较高耐磨性, 否则易造成定位元件本身磨损, 带来定位精度误差。

(3) 具备防屑防尘功能。定位元件应具备防屑防尘功能, 避免铁屑和灰尘造成定位精度误差。例如面定位时, 定位平面可开斜槽, 用于容纳铁屑和灰尘等。

(4) 应避开加工边缘和毛刺部位, 进而保证定位精度。例如, 在定位面的直角处开槽, 可防止工件边缘毛刺造成定位误差。

(5) 定位元件拆装方便。由于定位元件是易损件, 需要更换。加工系列化零件时, 也可能需要更换定位元件, 故定位元件应拆装方便。

4 夹紧设计

4.1 夹紧力源

夹具常用夹紧力源主要有机械夹紧、液压夹紧、气动夹紧。机械加工中一般切削力较大, 需要夹紧力也较大, 故气动夹紧使用较少, 多为机械夹紧和液压夹紧。

4.2 夹紧力设计

(1) 主要夹紧力的作用方向应指向主要定位基准。 (2) 夹紧力的作用方向尽可能有利于减小夹紧力。夹紧力过大, 可能造成工件的弹性和塑性变形, 甚至造成夹具夹紧装置的变形。 (3) 夹紧力的作用点和作用方向应不破坏工件的准确定位。例如, 采用一面两销方式定位时, 夹紧力不应施加在定位销径向方向, 而应是轴向方向夹紧。 (4) 尽可能在工件刚性较好的部位。应避免夹紧力方向工件悬空, 同时也应避免工件薄弱部位夹紧。 (5) 夹紧力应尽可能靠近加工部位, 以防止工件振动。但同时需保证不产生刀具干涉, 产生工件加工中“夹具被加工”的现象。

5 结语

以上是笔者在多年工艺工作中从事夹具设计的一些体会, 在实际设计中, 还应根据不同机床、不同工件具体问题具体分析。

摘要：机械加工中, 工件相对机床应具有唯一确定的几何位置。夹具是连接工件与机床的机械装置, 同时起到传递工件位置精度、固定工件的作用。文中介绍了夹具设计的常用方法、设计思路及设计禁忌等经验。

关键词：机床,夹具,设计

参考文献

[1]陈宏钧.机械加工工艺装备设计员手册[M].北京:机械工业出版社, 2008.

[2]曹岩, 等.机床夹具手册与三维图库[M].北京:化学工业出版社, 2010.

[3]钟俊杰, 姚晓东.多工位零件定位的夹具设计[J].广西轻工业, 2011 (11) :50-51.

[4]陈杰, 等.浅谈卧式加工中心专用夹具的设计[J].机电工程技术, 2011 (11) :103-105.

[5]吴磊, 等.计算机辅助夹具设计发展现状与趋势[J].装备制造技术, 2011 (11) :89-91.

机床生产率设计论文 篇7

关键词：变频器,可编程逻辑控制器 (PLC) ,远距离控制

组合式加工机床由于具有较高的灵敏性, 经常用来在工业生产中加工大型工件, 比如轧钢机的大型部件, 组合式加工机床的优势之一是可以灵活的进行移动移位加工, 因此组合式加工机床比目前市面上存在的固定机床更加适合加工大型的工件, 主要原因是由于越大越沉重的工件加工时越不容易翻转或移动, 因此导致加工效率降低, 而是用组合式加工机床可以有效解决上述问题, 提供工作效率和工作质量。组合式加工机床的主要部件包括主轴箱、床身导轨以及立柱等构成, 而且需要根据实际生产情况, 设计组合式加工机床的电气控制系统, 然后进行分析、改进以及完善等工作, 以保证组合式加工机床的工作效率。

1 电气控制柜的设计

在本设计中, 组合式加工机床的电气柜中装配的电子设备主要包括:LG变频器 (两个) , 欧姆龙CQM1H型可编程逻辑控制器 (PLC) 一个。主轴电机使用18.5kw容量的变频器进行控制, 而主轴箱走刀电机和主轴箱快速电机以及立柱行走电机使用5.5k W容量的变频器控制。而且在操作站与组合式加工机床的电器柜之间的传输方式使用了总线式传输方式, 并且使用插头连接手控操作站、床身分线盒和控制柜, 因此不但大量的减少了控制电缆的数量, 而且方便工作人员进行维护、检修和移动等工作。电器柜的柜门上分别安装了电源启动/停止控制按钮以及两个电机转速显示表, 方便工作人员对主回路电源进行控制。在电器柜的内部, 通过空气开关、变压器、继电器以及接触器等大量电器设备进行多级保护。为了防止PLC被电路故障或其他原因损坏, 因此, 接触器需要通过继电器对PLC进行控制。

2 可编程逻辑控制器 (PLC) 程序设计

可编程逻辑控制器 (Programmable Logic Controller, 简称PLC) , 是一种通过进行数字运算实现具体操作的电子系统, 是现代工业的核心控制部件。本设计采用可编程逻辑控制器是OMRON (欧姆龙) 公司的CQM1H型PLC控制器, 可编程逻辑控制器 (PLC) 在组合式加工机床控制电路中, 主要不但需要接收来自限位开关的信号、按钮控制信号、空气开关监控信号、电机过载信号、变频器保护信号等来自外部的信号, 还需要接受指示信号、输入变频器控制信号以及输出变频器控制信号等。因为按钮控制信号以及指示信号在实际生产中, 与组合式加工机床的控制柜距离比较远, 因此本设计对控制柜进行连接控制时, 采用了欧姆龙总线链接模块 (B7A) 实现, 并且将操作站模块通过两芯电缆或者三芯电缆连接到PLC链接模块。本设计使用OMRON (欧姆龙) 公司的CX-programmer软件实现编程功能, 这样可以方便工作人员或技术人员对所有的点进行实时监控, 帮助工作人员准确的了解每个点的运行状态, 以便在实际生产工作中根据情况进行实时调试。

3 组合式加工机床变频器参数调整

本设计中, 组合式加工机床的电器柜里面的需要配置两台变频器, 其中一台变频器单独对主轴进行控制, 另外一台变频器连接接触器, 对主轴箱走刀、速度电机以及立柱行走电机进行控制, LC变频器根据需要设置分为“功能组1、功能组2、驱动组、输入输出组 (I/O组) 、通讯组 (选项组) 、外部组、应用组”, 并且将这七组参数设置成出厂缺省参数设置, 并且提供相关功能, 方便工作人员根据具体工作需求对部分参数进行更改。

3.1 变频器基本参数的设置

LG变频器是组合式数控加工机床电气控制系统的核心部件, 因此变频器的参数设置将直接影响组合式数控加工机床的工作性能。在对变频器的基本参数进行设置时, 应该首先对电机功率进行设置和选择, 或者参考变频器的型号对电机功率进行选择。

3.2 特定功能的应用

组合式加工机床工作台 (立柱) 的传动轴以及主轴箱是不同的传动轴分别是不同的轴, 在实际工作中, 为了实现电机可以满足所选定的轴的工作状态和需求, 因此需要应用第二电机功能参数, 根据不同的情况或需求设置相关的参数, 实现对所选轴的控制。第二参数功能具体的配置和使用方法如下:工作人员首先任意选择一个多功能端口, 并且设置对应的输入/输出参数 (I/O参数) , 将这个设置好的端口保持在激活状态下, 然后进行启用第二电机功能操作。在对参数进行设置时, 具体的参数包括:“第二电机加速时间、第二电机减速时间、第二电机转折频率、第二电机V/F方式、第二电机正转矩补偿、第二电机反转矩补偿、电子热保护等级 (一分钟) 、电子热保护等级 (连续) 、第二电机额定电机电流”。因为主要由加工轴控制工作台 (立柱) 的行走, 因此在低速动作阶段时, 需要较高的转矩, 所以在工作中采用用户V/F方式进行控制, 工作人员可以最大频率与0的范围内, 对四个点进行设置, 根据具体需要设置不同电压, 通常情况下, 会将较高输出电压设置为第一个点, 这样可以保证较高的输出转矩。

4 结论

在本文设计的组合式数控加工机床电气控制设计中, 电气控制系统中的核心部件是两台LG变频器。因此, 这两台LG变频器的具体参数设置和相关参数调整, 将对合式数控加工机床的工作效率、加工精度和整体性能产生直接影响。其中一台LG变频器主要负责控制三台电机, 这三台电机分别作用于两个轴。而且在该设计中, 为了读一不同的电机进行有效的保护, 采用了第二电机的相关功能, 根据具体情况设置了相应的参数, 实现了对不同的电机的进行分别保护的功能。在组合式数控加工机床的工作台 (立柱) 控制中, 本设计采取的控制方式为用户V/F控制方式, 使组合式数控加工机床在实际生产加工时操作更加方便灵活, 可以很好的满足单位的生产需要。另外, 在本设计中的传输方式采用了总线式传输方式, 使用一根10芯的通讯电缆实现控制信号的传输, 因此大量的减少了连接在电器柜与控制台之间的电缆数量, 这样可以方便单位根据具体的情况和生产需求移动, 不但减少了成本, 而且方便工作人员进行调整和维护, 有效的提高了组合式数控加工机床的整体工作性能和实用性。通过实验分析和实际应用反馈, 该设计有效的提高了组合式数控加工机床的工作效率, 完全达到了设计要求, 可以为工作人员和设计人员在以后的组合式数控加工机床电气控制设计工作中提供参考和帮助。

参考文献

[1]裴艳芳, 杨跃崇.PLC改造机床故障检测方法[J].机床电器, 2009, 5.